一种共轭微孔聚合物薄膜的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种共轭微孔聚合物薄膜的制备方法及其应用。该共轭微孔聚合物的聚合前体为含有电活性基团的有机分子，其结构式通式为ABm，式中A为核心单元，B为电活性单元，B的个数m由A的结构决定；A由三苯乙烯、四苯乙烯等联苯类结构的单元组成，B为咔唑、吡咯、呋喃、噻吩、二苯胺或三苯胺等基团。同时公开了由上述共轭微孔聚合物薄膜的制备方法，还公开了该共轭微孔聚合物薄膜在超级电容器中的应用。本发明专利技术利用电化学的方法合成一种共轭微孔聚合物薄膜，具有较高比表面积、稳定性高，在提高超级电容器电容性能及循环稳定性等领域有广阔的前景；且本发明专利技术的方法绿色无污染，对设备的要求简单，适合工业化大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种共轭微孔聚合物薄膜的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种共轭微孔聚合物薄膜的制备方法及其应用，属于高分子材料

技术介绍
共轭微孔聚合物(conjugatedmicroporouspolymers，CMPs)在微观结构上由于共轭单元的刚性以及共轭成键的方式，在溶剂分子抽提后，骨架结构能有效地支撑起微孔通道，因此该材料能够提供稳定的内在多孔性，显示出了非常独特、优异、可设计的使用性能。近10年来，CMPs在吸附，分离，异相催化，气体储存，化学传感，电能储存等方面存在着广泛的应用前景。采用电化学聚合法制备CMPs膜，相比于复合膜，这种完全由CMPs骨架构筑的薄膜由全共轭高分子支撑，因此将会显示出优异的性能。但是，通过电化学方法直接制备CMPs膜的研究还很少。聚集诱导发光(AIE)分子往往呈现螺旋桨状的不共平面的构型，有望成为CMPs材料的新型构筑单元。采用不同的共轭单体聚合或者功能化修饰CMPs，可充分发挥其共轭高分子的导电性和CMPs材料稳定的内在多孔性，制备功能化的稳定、多孔的导电聚合物材料。通过电化学聚合的方法制备基于AIE分子的CMPs薄膜，并将所得的CMPs材料应用于超级电容器中，这种电化学聚合得到的CMPs材料具有微孔结构并显示了良好的电化学电容性能，是一种具有优良应用前景的超级电容器材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种共轭微孔聚合物薄膜的制备方法及其应用。本专利技术所采取的技术方案是：一种共轭微孔聚合物薄膜，该共轭微孔聚合物的聚合前体为含有电活性基团的有机分子，其结构式通式为ABm，式中A为核心单元，B为电活性单元，B的个数m由A的结构决定；A由三苯乙烯、四苯乙烯等联苯类结构的单元组成，其结构式为以下的至少一种：B为咔唑、吡咯、呋喃、噻吩、二苯胺或三苯胺等基团，其结构式为以下的至少一种：进一步来说，该共轭微孔聚合物的聚合前体其结构式为一种共轭微孔聚合物薄膜的制备方法，是由上述的聚合前体制备得到的。所述的制备方法为电化学聚合方法。所述的电化学聚合方法为循环伏安法。所述的循环伏安法是在三电极体系内完成的，所述的三电极包括工作电极、对电极和参比电极。所述的工作电极为透明电极；对电极为贵金属、钛或石墨电极；参比电极为银-银离子电极、银-氯化银电极或饱和甘汞电极。所述体系中的电解液包括上述的聚合前体，电解质和溶剂；所述的电解质为六氟磷酸四丁基铵，溶剂为乙腈与二氯甲烷的混合溶液。所述的一种共轭微孔聚合物薄膜在超级电容器中的应用。本专利技术的有益效果是：1、利用电化学的方法合成一种共轭微孔聚合物薄膜，具有较高比表面积、稳定性高，在提高超级电容器电容性能及循环稳定性等领域有广阔的前景；2、本专利技术的方法绿色无污染，对设备的要求简单，适合工业化大规模生产。附图说明附图1是共轭微孔聚合物薄膜TPCz-CMPs的透射电镜图；附图2是共轭微孔聚合物薄膜TPCz-CMPs在不同扫描速率下的循环伏安曲线图；附图3是共轭微孔聚合物薄膜TPCz-CMPs在不同电流密度下的充放电曲线图；附图4是共轭微孔聚合物薄膜TPCz-CMPs在不同电流密度下的比电容图；附图5是共轭微孔聚合物薄膜TPCz-CMPs为不同圈数电极材料的交流阻抗图；附图6是聚合前体TPECz的1HNMR图谱；附图7是聚合前体TPECz的质谱图；附图8是共轭微孔聚合物薄膜TPECz-CMPs在不同扫描速率下的循环伏安曲线图；附图9是共轭微孔聚合物薄膜TPECz-CMPs为不同圈数电极材料的交流阻抗图；附图10是共轭微孔聚合物薄膜TPECz-CMPs在不同电流密度下的充放电曲线图；附图11是共轭微孔聚合物薄膜TPECz-CMPs在不同电流密度下的比电容图。具体实施方式一种共轭微孔聚合物薄膜，该共轭微孔聚合物的聚合前体为含有电活性基团的有机分子，其结构式通式为ABm，式中A为核心单元，B为电活性单元，B的个数m由A的结构决定；A由三苯乙烯、四苯乙烯等联苯类结构的单元组成，其结构式为以下的至少一种：B为咔唑、吡咯、呋喃、噻吩、二苯胺或三苯胺等基团，其结构式为以下的至少一种：优选的，所述共轭微孔聚合物的聚合前体其结构式为一种共轭微孔聚合物薄膜的制备方法，是由上述的聚合前体TPCz或TPECz制备得到的。优选的，所述的制备方法为电化学聚合方法。优选的，所述的电化学聚合方法为循环伏安法。优选的，所述的循环伏安法是在三电极体系内完成的，所述的三电极包括工作电极、对电极和参比电极。优选的，所述的工作电极为透明电极；对电极为贵金属、钛或石墨电极；参比电极为银-银离子电极、银-氯化银电极或饱和甘汞电极；进一步优选的，所述的工作电极为ITO；对电极为钛；参比电极为银-银离子电极。所述体系中的电解液包括上述的聚合前体TPCz或TPECz，电解质和溶剂；优选的，所述的电解质为六氟磷酸四丁基铵(Bu4NPF6)，溶剂为乙腈(ACN)与二氯甲烷(DCM)的混合溶液。优选的，所述的电解液中，聚合前体的浓度为1mg/mL，六氟磷酸四丁基铵的浓度为0.1M，乙腈与二氯甲烷的体积比为1:4。所述的一种共轭微孔聚合物薄膜在超级电容器中的应用。以下通过具体的实施例对本专利技术的内容作进一步详细的说明。实施例：例1(共轭微孔聚合物薄膜TPCz-CMPs的制备及应用)：采用循环伏安法在CHI660D电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)进行TPCz的电化学聚合。采用三电极体系，其中ITO玻璃(1.5cm×1.5cm，工作面积为1cm2)为工作电极，依次使用蒸馏水、ITO清洗液、丙酮、异丙醇超声清洁，每种溶剂超声洗涤3遍，每遍20min；钛片(1.5cm×3cm)为对电极，经砂纸打磨后，再依次用丙酮、无水乙醇、蒸馏水清洗干净，烘干待用；Ag/Ag+电极(上海辰华科学仪器有限公司)为参比电极。电解液的组成：聚合前体TPCz的浓度为1mg/mL，电解质为Bu4NPF6，其浓度为0.1M，电解液为ACN与DCM的混合溶液(体积比为1:4)。电位扫描范围：0V-1.0V(vs.Ag/Ag+电极)，扫描速率100mV/s。聚合前体TPCz由三苯乙烯与咔唑等构成，其原料为常见物料，制备方法为常规的有机合成方法，可参考YangZ,ChiZ,XuB,etal.High-Tgcarbazolederivativesasanewclassofaggregation-inducedemissionenhancementmaterials[J].JournalofMaterialsChemistry,2010,20(35):7352-7359.聚合完毕取出工作电极，使用DCM清洗，以除去未聚合和低聚合度的TPCz。将沉积有TPCz-CMP膜的工作电极在真空烘箱中烘干待用。采用上海辰华CHI660D电化学工作站对材料进行循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗性能测试。将沉积有TPCz-CMP膜的工作电极(1cm×0.8cm)在真空烘箱中烘干后作为工作电极，钛片为辅助电极，Ag/Ag+电极为参比电极组成三电极体系。电解液组成：ACN为溶剂，电解质为Bu4NPF6(0.1M)，测定电极材料的循环伏安曲线(电压范围0.4V～1.12V)、恒电流充放电曲线(电位窗口0.4V～1.12V)和交流阻抗(测试频率范围0.1Hz～100kHz本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共轭微孔聚合物薄膜，其特征在于：该共轭微孔聚合物的聚合前体为含有电活性基团的有机分子，其结构式通式为ABm，式中A为核心单元，B为电活性单元，B的个数m由A的结构决定；A由三苯乙烯、四苯乙烯等联苯类结构的单元组成，其结构式为以下的至少一种：

【技术特征摘要】
1.一种共轭微孔聚合物薄膜，其特征在于：该共轭微孔聚合物的聚合前体为含有电活性基团的有机分子，其结构式通式为ABm，式中A为核心单元，B为电活性单元，B的个数m由A的结构决定；A由三苯乙烯、四苯乙烯等联苯类结构的单元组成，其结构式为以下的至少一种：B为咔唑、吡咯、呋喃、噻吩、二苯胺或三苯胺等基团，其结构式为以下的至少一种：2.根据权利要求1所述的一种共轭微孔聚合物薄膜，其特征在于：该共轭微孔聚合物的聚合前体其结构式为3.一种共轭微孔聚合物薄膜的制备方法，其特征在于：是由权利要求2所述的聚合前体制备得到的。4.根据权利要求3所述的一种共轭微孔聚合物薄膜的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为电化学聚合方法。5.根据权利要求4所述的一种共轭微孔聚合物薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘聪，石光，郝洪敏，罗海媛，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44